2. PLC基础回顾：工作原理、常见品牌与数据块
在厂务数据上云项目中，PLC（可编程逻辑控制器）是数据采集的源头。理解PLC的工作原理、熟悉主流品牌特性、掌握数据块（DB）的寻址方式，是正确配置边缘网关转发逻辑的前提。本章从工程实践角度梳理PLC核心基础，为后续网关配置提供知识支撑。
2.1 PLC工作原理：循环扫描与数据刷新
PLC采用循环扫描的工作方式，一个完整的扫描周期包含以下五个阶段：
- 自诊断：检查CPU硬件、I/O模块及通信接口状态。
- 读取输入：将物理输入信号（DI/AI）批量读入输入映像区（PII）。
- 执行用户程序：按梯形图或ST语言逻辑，从输入映像区读取数据，运算后写入输出映像区（PIQ）。
- 写入输出：将输出映像区的状态一次性刷新到物理输出模块。
- 通信与系统任务：处理通信请求、中断事件、时间片任务。
关键理解： 边缘网关读取PLC数据时，实际读取的是数据块（DB）或映像区中的缓存值，而非直接读取物理I/O。扫描周期决定了数据更新的实时性上限。
工程要点： 若PLC扫描周期为50ms，网关采集周期建议设为200ms以上（至少4倍周期），避免读取到不一致的“半刷新”数据。
2.2 常见PLC品牌与选型对比
厂务监控项目中，西门子、三菱、欧姆龙是三大主流品牌。下表从通信协议、数据块结构、编程软件三个维度进行对比：
| 品牌 | 典型系列 | 上位通信协议 | 数据块（DB）特点 | 编程软件 |
|---|---|---|---|---|
| 西门子 | S7-1200 / S7-1500 | S7通信（ISO-on-TCP） | 全局DB、背景DB；支持结构化数据类型（UDT） | TIA Portal |
| 三菱 | FX5U / L系列 / Q系列 | MC协议（3E帧 / 4E帧） | 文件寄存器（D/R）、标签数据；无独立DB概念 | GX Works3 / GX Developer |
| 欧姆龙 | NJ / NX / CP1H | FINS协议 / EtherNet/IP | 变量表（Global Variables）；支持结构体 | Sysmac Studio / CX-One |
选型建议： 西门子S7-1200/1500在厂务项目中占比最高，其全局数据块（Global DB）结构清晰，边缘网关通过S7协议可直接按符号名称寻址，配置效率最高。
2.3 PLC编程基础与数据块（DB）结构
数据块（Data Block, DB）是PLC中用于存储用户数据的结构化内存区域。在厂务数据上云场景中，网关读取的正是DB中的工艺参数、设备状态、能耗数据等。
2.3.1 数据块类型
- 全局数据块（Global DB）：所有程序块（OB/FC/FB）均可访问，适合存放共享工艺参数。
- 背景数据块（Instance DB）：与某个功能块（FB）绑定，存放该FB的实例数据。
- 系统数据块（System DB）：由系统自动生成，存放硬件组态或通信参数，网关一般不直接读取。
2.3.2 数据块内部结构示例（西门子TIA Portal）
以下是一个典型的全局数据块定义，用于存储厂务空调系统的监控数据：
// 全局数据块 "AHU_Data"（空调机组数据）
DATA_BLOCK "AHU_Data"
STRUCT
Supply_Fan_Status : Bool; // 送风机运行状态
Return_Fan_Status : Bool; // 回风机运行状态
Supply_Temp : Real; // 送风温度（℃）
Return_Temp : Real; // 回风温度（℃）
Valve_Opening : Int; // 水阀开度（0-100%）
Filter_Alarm : Bool; // 过滤器堵塞报警
Energy_Consumption : DInt; // 累计能耗（kWh）
Timestamp : Array[0..6] of Byte; // 时间戳（BCD码）
END_STRUCT;
END_DATA_BLOCK
⚠️ 网关配置注意： 边缘网关读取DB时，必须严格匹配PLC侧的数据类型和字节对齐规则。例如：
Real 占4字节，Bool 占1字节但通常按位寻址。建议在PLC程序中为每个DB变量添加注释，并导出符号表供网关配置使用。
2.4 数据块寻址方式与网关配置映射
边缘网关配置数据采集点时，需要明确PLC数据块的寻址路径。以西门子S7-1200为例，常见寻址方式如下：
| 数据类型 | PLC内部地址示例 | 网关配置地址 | 说明 |
|---|---|---|---|
| Bool（位） | DB1.DBX0.0 | DB1.0.0 | DB1第0字节的第0位 |
| Byte（字节） | DB1.DBB2 | DB1.2 | DB1第2字节 |
| Int（16位整数） | DB1.DBW4 | DB1.4 | DB1第4-5字节 |
| Real（32位浮点） | DB1.DBD10 | DB1.10 | DB1第10-13字节 |
| DInt（32位整数） | DB1.DBD20 | DB1.20 | DB1第20-23字节 |
配置技巧： 在TIA Portal中导出DB的符号导出文件（.xlsx或.udt），直接导入边缘网关配置工具，可避免手动输入地址偏移错误。对于三菱PLC，则需使用MC协议中的“软元件编号”方式寻址（如 D100 对应文件寄存器）。
2.5 本章小结
- PLC采用循环扫描机制，网关读取数据时应考虑扫描周期对实时性的影响。
- 西门子、三菱、欧姆龙在数据块结构和通信协议上存在差异，网关配置需针对性适配。
- 数据块（DB）是厂务数据上云的核心数据源，其内部变量类型、偏移地址、字节对齐方式必须与网关配置严格一致。
- 推荐在PLC编程阶段就为每个DB变量添加符号名和注释，便于后续网关配置和运维排查。